数字电子系统设计1PPT课件
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表示系统操 作称工作块
表示条件操 作称条件块
表示判断并 产生分支
例：确定十字路口交通灯控制系统的系统方案。
N
N
N
N
W
EW
EW
EW
E
S （a）通行方式(1)
S （b）通行方式(2)
S （c）通行方式(3)
通行方式（1）
通行方式(1)——南北直行 通行方式(2)——南北左拐 通行方式(3)——东西直行 通行方式(4)——东西左拐
2.2 用流程图与MDS图设计数字系统 2.2.1 明确设计要求 这里的关键是首先根据设计要求，把设计任务明确地归纳成若
干条单一的设计要求，这是一个明确设计要求的过程。
例：设计一个十字路口交通灯控制系统。
明确设计要求的过程如下：
（1）六车道，没有自行车，车直行时不允许左转，但右转可 以同时进行，必须设置专门的左转时间。
然后进行功能描述
再进行任务和指标分配
然后逐步细化得 出详细设计方案
最终得出完整电路
这种方法要将主要精力放在系统级设计上，并尽可能采用各种 EDA软件，对系统进行综合、优化、验证以及测试，以保证在整个 系统的电路制作完成之前对系统的全貌有一个预见，在设计阶段可 以把握住系统的最终外部特性及性能指标。
2.1.1 数字系统的基本组成 数字系统组成方框图如下：
控制系统示意框图及结构图如下图所示：wk.baidu.com
行人请求 警察控制
控制器
定时器
时钟
控制系统示意框图
指示灯
通行 等待 禁止
结构图
2.2.2 确定系统方案 这个过程中应该有意识地把系统分为控制和受控两大部分。 其唯一的依据是系统的设计要求。 先画出简单的流程图，再将它逐步细化为描述系统操作的详细 流程图。 流程图的符号类似于软件设计中的符号，有三种：
上图中各指示灯是受控部分，由于各灯均要持续一定时间，所 以用D触发器激励。
这个简单的流程图还不是系统可实施的方案，我们还要进一步 作如下规定：
（1）各向直行时，前20秒响应该向行人穿过请求，且只响应 一次。
（2）响应行人请示时，各路禁止右拐，时间指示转为行人穿 越时间指示——60秒。
（3）响应行人结束后转到相应的下一个状态。
通行方式（2） 通行方式（3） 通行方式（4）
S （d）通行方式(4)
通行方式示意图
返回
这四种通行方式在控制器的控制下顺序转换，每个状态持续时 间为40秒。
设计要求中规定的行人请求及警察控制可以认为是上述四个状 态转换时产生的条件分支，由控制器接受请求并判断是否响应。
这样可画出简单的流程图以及总体方框图如下：
数据输入
数据子系统
数据输出
控制与条件信号
时钟
控制子系统
外部控制信号
这里只限于同步时序系统，所执行的操作是由时钟控制，分组 按序进行的。
数字系统一般可划分为受控器与控制器两部分。 受控器又称为数据系统或信息处理单元。 控制器又称为控制子系统。
数据子系统主要完成数据的采集、存储、运算处理和传输。主 要由存储器、运算器、数据选择器等部件组成。
数字系统设计
2.1 概述 数字系统——是一个能完成一系列复杂操作的逻辑单元。 而数字系统设计，首先要找到描述数字系统的方法。 我们已会的方法如：表达式、真值表、状态图、时序图等。 而这节我们将进一步介绍两种描述数字系统操作功能的方法: 即用流程图和描述语言来描述数字系统功能，然后再将这些描
述转变为MDS图来设计数字系统。
常用方框图、流程图或描述语言来描述系统方案。
（3）受控器的设计
根据系统的设计方案，选择合适的器件，构成受控器的电原理 图。
（4）控制器的设计 根据描述系统方案的模型导出MDS图，按照规则及受控器的要 求选择电路构成控制器
然后将控制器和受控器的电路合并，从而得到整个系统的电原 理图。
（5）及时仿真、优化，并尽可能多地利用EDA软件，以保证 设计工作优质、快速地完成。
用逻辑图、状态图、流程图等来描述数字系统的方法称为系统 模型描述法。
它适用于相对简单的系统。 当系统的输入、输出变量增多，状态很多时，多采用描述语言 法，称该描述语言表达的算法为系统的算法模型。
设计一个系统（尤其是大系统）必须从高层次的系统级入手， 基本过程如下：
先进行方案框图的 设计、分析与论证
（2）设置三个绿色指示灯 直行（） 左转（ ） 右转（ ）
设置一个红色指示灯，表示该方向全部禁止。 （3）车辆通行时间为40秒，各方向设置倒计时显示。 （4）行人过马路时需要提出申请，且只有车辆直行时才可响 应，时间为60秒
（5）警察可随时指定系统停在某一状态。 （6）暂不考虑联网要求。
这样可以得出系统功能框图， 图中应标出系统的输入、输出及简单的控制关系，同时可画出 结构图。
数据子系统与外界进行数据交换是在控制子系统发出的控制信 号作用下进行的。
它与控制子系统之间的联系是：
接收由控制子系统来的控制信号，同时，将自己的操作进程作 为条件信号输出给控制子系统。
数据子系统是根据待完成的系统功能的算法得出的。
控制子系统是执行算法的核心，它必须有记忆功能，因此，是 一个时序系统。
C2
C3
C4
C5
ME
MS
控制器
P
Q
L7
C7
R7
L7'
秒脉冲 发生器
L4——东西左拐灯 L5——各路右拐灯 L6——南北行人通 L6‘——南北行人止 L7——东西行人通 L7‘——东西行人止
40秒定时
L8——南北行人等 L9——东西行人等
60秒定时
C8
Q
L8
R8
C9
Q
L9
R9
L10——各路禁止
ME——东西行人请求 MS——南北行人请求 P——警察控制 返回
2.1.2 设计数字系统的基本步骤 （1）明确设计要求 要将设计要求逐条列出，并且每一条均应是惟一确定的（既无 二意的）。
这样应能画出系统的简单示意图，标明输入、输出信号及必要 的指标。
（2）确定系统方案 这一步是最具创造性的工作，它要确定实现系统功能的原理和 方法。
因为同一功能可能有不同的实现方案，而方案的优劣直接关系 到系统的质量及性价，因此要反复比较与权衡。
结束
通行方式（1）
响应
Y
Y
满足条件
Y
N
行人穿行
警察
N
行人
N N
时间到
Y
通行方式（2）
Y
警察
Y
等待
N
行人
N
时间到
N
Y
通行方式（3）
（以下重复）
L1
L2
L3
L4
L5
L10
交通灯控制系统
总体框图
R10 R1
R2
R3
R4
R5
L1——南北直行灯
L2——南北左拐灯
L3——东西直行灯
Q
L6
C6
R6
L6'
C10
C1
表示条件操 作称条件块
表示判断并 产生分支
例：确定十字路口交通灯控制系统的系统方案。
N
N
N
N
W
EW
EW
EW
E
S （a）通行方式(1)
S （b）通行方式(2)
S （c）通行方式(3)
通行方式（1）
通行方式(1)——南北直行 通行方式(2)——南北左拐 通行方式(3)——东西直行 通行方式(4)——东西左拐
2.2 用流程图与MDS图设计数字系统 2.2.1 明确设计要求 这里的关键是首先根据设计要求，把设计任务明确地归纳成若
干条单一的设计要求，这是一个明确设计要求的过程。
例：设计一个十字路口交通灯控制系统。
明确设计要求的过程如下：
（1）六车道，没有自行车，车直行时不允许左转，但右转可 以同时进行，必须设置专门的左转时间。
然后进行功能描述
再进行任务和指标分配
然后逐步细化得 出详细设计方案
最终得出完整电路
这种方法要将主要精力放在系统级设计上，并尽可能采用各种 EDA软件，对系统进行综合、优化、验证以及测试，以保证在整个 系统的电路制作完成之前对系统的全貌有一个预见，在设计阶段可 以把握住系统的最终外部特性及性能指标。
2.1.1 数字系统的基本组成 数字系统组成方框图如下：
控制系统示意框图及结构图如下图所示：wk.baidu.com
行人请求 警察控制
控制器
定时器
时钟
控制系统示意框图
指示灯
通行 等待 禁止
结构图
2.2.2 确定系统方案 这个过程中应该有意识地把系统分为控制和受控两大部分。 其唯一的依据是系统的设计要求。 先画出简单的流程图，再将它逐步细化为描述系统操作的详细 流程图。 流程图的符号类似于软件设计中的符号，有三种：
上图中各指示灯是受控部分，由于各灯均要持续一定时间，所 以用D触发器激励。
这个简单的流程图还不是系统可实施的方案，我们还要进一步 作如下规定：
（1）各向直行时，前20秒响应该向行人穿过请求，且只响应 一次。
（2）响应行人请示时，各路禁止右拐，时间指示转为行人穿 越时间指示——60秒。
（3）响应行人结束后转到相应的下一个状态。
通行方式（2） 通行方式（3） 通行方式（4）
S （d）通行方式(4)
通行方式示意图
返回
这四种通行方式在控制器的控制下顺序转换，每个状态持续时 间为40秒。
设计要求中规定的行人请求及警察控制可以认为是上述四个状 态转换时产生的条件分支，由控制器接受请求并判断是否响应。
这样可画出简单的流程图以及总体方框图如下：
数据输入
数据子系统
数据输出
控制与条件信号
时钟
控制子系统
外部控制信号
这里只限于同步时序系统，所执行的操作是由时钟控制，分组 按序进行的。
数字系统一般可划分为受控器与控制器两部分。 受控器又称为数据系统或信息处理单元。 控制器又称为控制子系统。
数据子系统主要完成数据的采集、存储、运算处理和传输。主 要由存储器、运算器、数据选择器等部件组成。
数字系统设计
2.1 概述 数字系统——是一个能完成一系列复杂操作的逻辑单元。 而数字系统设计，首先要找到描述数字系统的方法。 我们已会的方法如：表达式、真值表、状态图、时序图等。 而这节我们将进一步介绍两种描述数字系统操作功能的方法: 即用流程图和描述语言来描述数字系统功能，然后再将这些描
述转变为MDS图来设计数字系统。
常用方框图、流程图或描述语言来描述系统方案。
（3）受控器的设计
根据系统的设计方案，选择合适的器件，构成受控器的电原理 图。
（4）控制器的设计 根据描述系统方案的模型导出MDS图，按照规则及受控器的要 求选择电路构成控制器
然后将控制器和受控器的电路合并，从而得到整个系统的电原 理图。
（5）及时仿真、优化，并尽可能多地利用EDA软件，以保证 设计工作优质、快速地完成。
用逻辑图、状态图、流程图等来描述数字系统的方法称为系统 模型描述法。
它适用于相对简单的系统。 当系统的输入、输出变量增多，状态很多时，多采用描述语言 法，称该描述语言表达的算法为系统的算法模型。
设计一个系统（尤其是大系统）必须从高层次的系统级入手， 基本过程如下：
先进行方案框图的 设计、分析与论证
（2）设置三个绿色指示灯 直行（） 左转（ ） 右转（ ）
设置一个红色指示灯，表示该方向全部禁止。 （3）车辆通行时间为40秒，各方向设置倒计时显示。 （4）行人过马路时需要提出申请，且只有车辆直行时才可响 应，时间为60秒
（5）警察可随时指定系统停在某一状态。 （6）暂不考虑联网要求。
这样可以得出系统功能框图， 图中应标出系统的输入、输出及简单的控制关系，同时可画出 结构图。
数据子系统与外界进行数据交换是在控制子系统发出的控制信 号作用下进行的。
它与控制子系统之间的联系是：
接收由控制子系统来的控制信号，同时，将自己的操作进程作 为条件信号输出给控制子系统。
数据子系统是根据待完成的系统功能的算法得出的。
控制子系统是执行算法的核心，它必须有记忆功能，因此，是 一个时序系统。
C2
C3
C4
C5
ME
MS
控制器
P
Q
L7
C7
R7
L7'
秒脉冲 发生器
L4——东西左拐灯 L5——各路右拐灯 L6——南北行人通 L6‘——南北行人止 L7——东西行人通 L7‘——东西行人止
40秒定时
L8——南北行人等 L9——东西行人等
60秒定时
C8
Q
L8
R8
C9
Q
L9
R9
L10——各路禁止
ME——东西行人请求 MS——南北行人请求 P——警察控制 返回
2.1.2 设计数字系统的基本步骤 （1）明确设计要求 要将设计要求逐条列出，并且每一条均应是惟一确定的（既无 二意的）。
这样应能画出系统的简单示意图，标明输入、输出信号及必要 的指标。
（2）确定系统方案 这一步是最具创造性的工作，它要确定实现系统功能的原理和 方法。
因为同一功能可能有不同的实现方案，而方案的优劣直接关系 到系统的质量及性价，因此要反复比较与权衡。
结束
通行方式（1）
响应
Y
Y
满足条件
Y
N
行人穿行
警察
N
行人
N N
时间到
Y
通行方式（2）
Y
警察
Y
等待
N
行人
N
时间到
N
Y
通行方式（3）
（以下重复）
L1
L2
L3
L4
L5
L10
交通灯控制系统
总体框图
R10 R1
R2
R3
R4
R5
L1——南北直行灯
L2——南北左拐灯
L3——东西直行灯
Q
L6
C6
R6
L6'
C10
C1